金礦區(qū)復(fù)合污染土體隔離治理的必要性分析

魏 樣 ，孫嬰嬰 ，盧 楠 ，李 剛 ，閆 波

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司；3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西西安710075）

1 研究區(qū)概況

我國礦產(chǎn)資源豐富，歷史上，金礦開采已有幾百年。改革開放以來，黃金工業(yè)發(fā)展迅速。目前已建成的黃金基地有膠東地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)、小秦嶺地區(qū)、陜甘川等，黃金產(chǎn)量逐年攀升[1]。潼關(guān)縣小秦嶺金礦位于陜西省關(guān)中平原東端，地處華北地臺的渭河小區(qū)、金堆城小區(qū)接壤帶。主要出露地層有太古界太華群中高級變質(zhì)巖系和新生界第四紀(jì)黃土[2]。近30年來，小秦嶺金礦區(qū)域黃金產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了形成崛起—快速發(fā)展—持續(xù)穩(wěn)定三個(gè)階段，并一直保持全國第三產(chǎn)金大縣的重要位置。黃金產(chǎn)業(yè)鏈不斷延伸，在2016年，全年生產(chǎn)黃金高達(dá)19噸，黃金產(chǎn)值55億元。但是當(dāng)前面臨著資源瓶頸、產(chǎn)業(yè)鏈延伸不足、金價(jià)波動、尾礦排放、科技水平不高、創(chuàng)新能力不強(qiáng)等問題，潼關(guān)黃金產(chǎn)業(yè)此刻正處在過渡期。

由于潼關(guān)縣地處三省交界的山區(qū)，區(qū)域內(nèi)溝壑縱橫，地塊規(guī)模較小，細(xì)碎化明顯。耕地破碎和分散化成為推進(jìn)土地流轉(zhuǎn)和土地適度規(guī)模經(jīng)營的主要障礙。此外，由于土壤污染、水土流失以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后等因素，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量總體較低，配套設(shè)施缺乏，亟須通過金礦區(qū)復(fù)合污染土體工程隔離治理，治理土壤及農(nóng)田重金屬污染，全面改善耕地利用的立地條件與生態(tài)環(huán)境，完善農(nóng)田水利設(shè)施與防洪設(shè)施，消除耕地利用的限制因素，不斷提高耕地等級水平，提升耕地綜合生產(chǎn)能力。

2 治理的必要性分析

2.1 區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱

2.1.1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境狀況堪憂

在南部的中低山區(qū)，由于基巖裂隙發(fā)育，山高坡陡，山區(qū)降水量大，殘坡積厚30～80cm，易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。在北部，為黃土斜塬區(qū)的溝壑邊部，易發(fā)生黃土崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。由于歷史原因，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境問題非常嚴(yán)重。第一，廢棄的選礦尾礦渣場、尾渣庫等會壓占大面積土地，從而污染水、土環(huán)境，破壞地形地貌景觀；第二，礦渣型泥石流地質(zhì)災(zāi)害及其隱患非常嚴(yán)重，采礦廢渣堆占壓林地等土地，破壞地形地貌景觀；第三，存在采空區(qū)塌陷及山體邊部衍生的崩塌、滑坡等隱患。另外，河道淤塞廢渣、河流塌岸，影響河道沿線地質(zhì)環(huán)境景觀。

2.1.2 區(qū)域土體污染十分嚴(yán)重

區(qū)域主要污染源為尾礦渣，尾礦渣多沿河道及岸坡隨意堆放，壓占土地資源，且堵塞河道，尾礦渣堆無有效的攔擋或封閉措施，形成的邊坡穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生滑塌，堵塞河道，若遇暴雨、山洪，易被夾帶出溝，污染下游河道。歷史上，潼關(guān)金礦區(qū)的選礦工藝有混汞法、氰化法等多種，由于選礦的工藝方法不同，所產(chǎn)生的尾渣也不盡相同。通過前期對潼關(guān)小秦嶺金礦地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場普探、采樣分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該區(qū)域土壤污染面積較大，存在 Hg、Cd、Pb、Cu等重金屬污染物，其中僅單 Hg型的污染土壤占總污染土壤面積的67.80%。尾礦渣、氰化渣等重金屬含量極高的廢渣隨意堆放田間地頭、河道周邊、溝谷等，受大風(fēng)、雨水沖刷淋溶以及河水沖運(yùn)等作用，一方面對土、水以及大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，另一方面占用大量土地資源，對原有地形、地貌、植被等造成極大破壞，導(dǎo)致水土流失，誘發(fā)了泥石流、山體滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害。區(qū)域內(nèi)有些零星小塊農(nóng)田，土壤重金屬污染非常嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)作物重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)極低，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民造成極大的經(jīng)濟(jì)損失[3]。

2.1.3 區(qū)域水體污染不容樂觀

在采礦和選礦時(shí)引起的尾礦渣侵占土地、壓占農(nóng)田、堵塞河道，選礦區(qū)尾礦廢水排入河中，引起河流水體產(chǎn)生嚴(yán)重的重金屬污染。按照生產(chǎn)過程和礦業(yè)開發(fā)工藝技術(shù)，可將產(chǎn)生的污染源劃分為采礦、選礦、“三小”提金等類型，對區(qū)域內(nèi)的地下水的污染類型分為間歇入滲型、連續(xù)入滲型、注入徑流型。間歇入滲型的污染途徑主要是廢石、尾礦渣堆等經(jīng)降雨或農(nóng)田灌溉，引起重金屬等污染物淋溶進(jìn)入地下水。連續(xù)入滲型是指尾礦廢水排入河道，引起污染物在河漫灘等地連續(xù)不斷下滲。注入徑流型是污染物通過廢水處理井注入引起污染。因此，造成區(qū)域地下水受到嚴(yán)重污染，從而危及人體健康。

2.2 區(qū)域內(nèi)可利用耕地資源緊缺

土地是人類生存與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，耕地是人類賴以生存的基本條件，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根基所在，耕地保護(hù)和糧食安全始終是事關(guān)國計(jì)民生的重大戰(zhàn)略。我國作為人口大國，糧食安全保障必須立足基本自給，因此必須保證耕地安全。近幾年的中央“一號文件”相繼提出加快土地綜合整治、加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、搞好生態(tài)建設(shè)等有關(guān)土地整治內(nèi)容。雖然陜西省耕地保護(hù)重要區(qū)主要集中在關(guān)中平原，但隨著西咸新區(qū)、“關(guān)天經(jīng)濟(jì)區(qū)”等重要經(jīng)濟(jì)圈的建設(shè)與發(fā)展，關(guān)中平原地區(qū)將成為陜西省工業(yè)化和城市化集聚發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，故而會引起建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與耕地保護(hù)之間的突出矛盾，導(dǎo)致耕地占補(bǔ)平衡的難度不斷增大。地處關(guān)中東部的潼關(guān)縣，水熱資源豐富，但是由于長期的礦產(chǎn)資源開發(fā)，在引發(fā)土壤污染的同時(shí)，影響了該區(qū)域在提高耕地質(zhì)量和提升糧食產(chǎn)量方面的潛力。

2.3 農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后

農(nóng)田基礎(chǔ)配套設(shè)施落后、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件差是制約當(dāng)前農(nóng)業(yè)與農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸，這一狀況既不利于土地的集約化經(jīng)營，也不利于農(nóng)民的生產(chǎn)性增收。由于長期采礦、冶煉，導(dǎo)致潼關(guān)縣泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，在溝道壩地水毀嚴(yán)重、田間道路年久失修、灌排設(shè)施不配套、溝道與溝坡生態(tài)環(huán)境防護(hù)措施不到位等問題突出，導(dǎo)致昔日被譽(yù)為“保命田”的壩地，如今多數(shù)難以耕種，土地利用率不高，農(nóng)作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)，農(nóng)民收入得不到保障。如何解決潼關(guān)縣土壤重金屬污染、耕地嚴(yán)重?fù)p毀、水土流失嚴(yán)重、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施薄弱等制約因素，加強(qiáng)基本農(nóng)田假設(shè)和夯實(shí)農(nóng)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，成為潼關(guān)縣農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。通過開展金礦區(qū)復(fù)合污染土體修復(fù)治理工程，治理污染土地、損毀土地，完善田、壩、渠、路、林等基礎(chǔ)設(shè)施，落實(shí)土壤改良、地力培肥等措施，完善農(nóng)田灌排溝渠、道路、林網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高土地利用率是潼關(guān)縣增加耕地面積，提升耕地質(zhì)量的必要舉措。

3 治理措施

土壤重金屬污染治理主要途徑包括：一是改變重金屬污染物在土壤中的存在狀態(tài)，降低其遷移性和生物可利用性；二是利用生物或工程技術(shù)從土壤中直接去除污染物；三是改變種植制度，避免污染物通過食物鏈進(jìn)入生物或人體內(nèi)，從而危及健康。目前重金屬污染土體的改良修復(fù)主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)三種。但這些修復(fù)技術(shù)均有一定的應(yīng)用條件或投入成本過高的條件限制，難以用于較大面積或較嚴(yán)重污染土體的修復(fù)，往往是理論上可行，實(shí)際則難以實(shí)施。對于礦區(qū)零散的礦渣、尾礦堆積以及污染物擴(kuò)散造成的大范圍污染土體，仍需探求具有可實(shí)施性的高效快速的控制與修復(fù)技術(shù)。

潼關(guān)金礦區(qū)重金屬復(fù)合污染土體工程隔離治理，主要是通過采取工程手段封存、隔絕受重金屬污染的土壤，利用隔離修復(fù)材料阻隔重金屬遷移擴(kuò)散，最大程度消除受污染土壤對周邊環(huán)境帶來的二次危害。通過對采礦廢渣堆、尾礦廢渣堆、受污染土壤的修復(fù)治理工作，峪道內(nèi)及附近的村民的生活、財(cái)產(chǎn)安全有了保證。礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境在很大程度上得到了修復(fù)，治理工程的實(shí)施對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維護(hù)小秦嶺水源涵養(yǎng)地、保護(hù)生物多樣性等均具有重要意義。研究所開發(fā)的技術(shù)適用于多種重金屬復(fù)合污染土體的隔離修復(fù)，適用于礦山尾礦渣及其排土場區(qū)域的重金屬污染土壤治理與修復(fù)，也可用于垃圾、危險(xiǎn)廢物填埋場等區(qū)域的隔離層處理，以及有毒重金屬復(fù)合污染的城市宗地修復(fù)與利用，修復(fù)效果持久有效。同時(shí)，隔離修復(fù)技術(shù)實(shí)施設(shè)備要求簡單，施工僅需壓路機(jī)、鏟車、挖掘機(jī)和攪拌機(jī)等設(shè)備。隔離材料來源廣泛且低廉，工程成本低，可大范圍推廣與應(yīng)用。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 隔離層土體材料的選擇與配比的確定

重金屬污染物經(jīng)生物分解或淋溶作用進(jìn)入土壤溶液，隨溶液橫向或縱向運(yùn)移，在運(yùn)移中主要受對流、擴(kuò)散、彌散和吸附作用的影響。因此，阻斷重金屬在土體中的運(yùn)移途徑關(guān)鍵在于破壞土體中原有的孔隙，在土體中設(shè)置孔隙度較低、透水性較小的隔離層，阻斷水分的上下運(yùn)移。隔離層常常選用不同粒徑的材料構(gòu)成，以便最大限度的填充土體孔隙，減少水分運(yùn)移通道。隔離層亦可添加對重金屬吸附能力較強(qiáng)的材料，以增強(qiáng)土體吸附性能，從而起到更好的隔離修復(fù)效果。

4.2 復(fù)合污染土體重構(gòu)剖面構(gòu)型優(yōu)化

對復(fù)合污染土壤采用剖面重構(gòu)的方式進(jìn)行治理，是一種快速高效的土地工程手段。工程上在結(jié)合自然土體剖面構(gòu)型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)重構(gòu)土壤的利用方式，采用差異化的方法手段，綜合物理、化學(xué)、生物等多項(xiàng)措施對土壤剖面進(jìn)行重新構(gòu)造。新形成的土體剖面構(gòu)型的優(yōu)劣直接影響土壤的水、肥、氣、熱等多種要素的調(diào)控能力。構(gòu)建的剖面需由不同緊實(shí)度土層組成，且具有多個(gè)物理界面，可有效防止植物根系穿插對隔離層的損壞，防止重金屬隨水分移動在土體中遷移與擴(kuò)散。

4.3 因地制宜的植物配置技術(shù)

設(shè)置合理的防護(hù)林帶以及護(hù)坡林，研選適宜的重建植物，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理區(qū)域的植被重建，對于金礦區(qū)重金屬污染、地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)環(huán)境均具有一定的治理和保護(hù)作用。實(shí)際應(yīng)用中結(jié)合前期調(diào)研踏勘結(jié)果，以生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益為導(dǎo)向，制訂出適宜項(xiàng)目區(qū)的分區(qū)種植方案和生態(tài)護(hù)坡植被配置，構(gòu)建立足于當(dāng)?shù)亓⒌貤l件的農(nóng)作物護(hù)坡植物土壤重金屬修復(fù)植物的綜合性植物配置技術(shù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)植物多功能、多層次的立體配置。

5 展望

礦區(qū)同時(shí)集礦產(chǎn)資源的開采與利用以及土地資源的占用與破壞為一體，是資源環(huán)境和人口矛盾相對集中突出的區(qū)域。隨著經(jīng)濟(jì)社會飛速發(fā)展對礦產(chǎn)資源需求量的不斷增大，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)一步加劇，為了改善退化的生態(tài)系統(tǒng)，修復(fù)受損的生態(tài)環(huán)境，保護(hù)有限的自然資源，人們正開展各種形式的修復(fù)治理和生態(tài)恢復(fù)研究工作。

然而，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的形成是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，修復(fù)治理必須在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，因地制宜的開展。同時(shí)應(yīng)該考慮區(qū)域社會自然環(huán)境和長遠(yuǎn)規(guī)劃，同時(shí)結(jié)合污染類型及特點(diǎn)，采取工程、生物以及廢棄物綜合利用等切實(shí)可行的措施進(jìn)行修復(fù)治理，最終達(dá)到生態(tài)環(huán)境有效修復(fù)，區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。